生化 10 Metabolism of Amino Acids

L-谷氨酸
O
C C O O H + NH3
(C H 2)2 C O O H
α-酮戊二酸
催化酶： L-谷氨酸脱氢酶
• 存在于肝、脑、肾中 • 辅酶为 NAD+ 或NADP+ • GTP、ATP为其抑制剂 • GDP、ADP为其激活剂
（三）联合脱氨基作用
定义 两种脱氨基方式的联合作用，使氨基酸
脱下α-氨基生成α-酮酸的过程。
2. 反应式
• 大多数氨基酸可参与转氨基作用，但赖氨酸、 脯氨酸、羟脯氨酸除外。 • 反应式左边R2一般是α-酮戊二酸或草酰乙酸。
O
-OOC-C2H-CH2-C-CO-O
α-酮戊二酸
+
H3N
-
-
OOC-CH2-CH2-C-COO
谷氨酸
H
O -OOC-CH2-C-COO-
草酰乙酸
+
H 3N
-
-
O O C-C H 2-C -C O O
-酮酸
(CH 2 ) 2 C=O
N H 3 + NADH+H+
COOH
转氨酶
COOH
CH 2 CH 2 H 2N C H COOH
谷氨酸脱氢酶
谷氨酸
H 2O + NAD+
转氨基偶联嘌呤核苷酸循环
腺苷酸代琥
氨 基 酸
α-酮戊 二酸
珀酸合成酶
天冬氨酸
转
氨 酶
转
氨 酶
1
2
腺苷酸 代琥珀酸
谷氨酸 α-酮酸
2、依赖泛素(ubiquitin)的降解过程
• 以色列的阿龙.切哈诺沃,阿夫拉姆.赫什科和 美国的欧文.罗斯获2019年诺贝尔化学奖 • 依赖ATP • 降解异常蛋白和短寿命蛋白
氨基酸代谢概况
食物蛋白质
组织
分解
蛋白质
合成
体内合成氨基酸 (非必需氨基酸)
氨基酸 代谢库
尿素 氨
α-酮酸
酮体 氧化供能
转氨基作用不仅是体内多数氨基酸脱氨 基的重要方式，也是机体合成非必需氨基酸 的重要途径。
•通过此种方式并未产生游离的氨。
（二）氧化脱氨基作用
以谷氨酸氧化脱氨基为主
NH2
NAD(P)H+H+ N H
CH COOH
C COOH
H2O
(C H 2) 2 C O O H NAD(P)+ (C H 2)2 C O O H
（三）其它有害物质的生成
酪氨酸 半胱氨酸
色氨酸
苯酚 硫化氢 吲哚
五、氨基酸代谢一览
氨基酸代谢库 食物蛋白经消化吸收的氨基酸（外源性
氨基酸）与体内组织蛋白降解产生的氨基酸 （内源性氨基酸）混在一起，分布于体内各 处参与代谢，称为氨基酸代谢库。
体内蛋白质分解生成氨基酸
1、溶酶体内降解过程
• 不依赖ATP • 利用组织蛋白酶(cathepsin)降解外源性 蛋白、膜蛋白和长寿命的细胞内蛋白
摄入食物的含氮量与排泄物（尿与粪）中含氮 量之间的关系。
氮总平衡：摄入氮 = 排出氮（正常成人） 氮正平衡：摄入氮 > 排出氮（儿童、孕妇等） 氮负平衡：摄入氮 < 排出氮（饥饿、消耗性疾
病患者） •氮平衡的意义：可以反映体内蛋白质代谢的慨况。
（二）生理需要量
成人每日最低蛋白质需要量为30～50g，我 国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80g。
四、腐败作用
• 蛋白质的腐败作用(putrefaction) 肠道细菌对未被消化和吸收的蛋白质及其
消化产物所起的作用
•腐败作用的产物大多有害，如胺、氨、苯酚、 吲哚等；也可产生少量的脂肪酸及维生素等可 被机体利用的物质。
（一）胺类(amines)的生成
蛋白质 蛋白酶 氨基酸 脱羧基作用 胺类
组氨酸 色氨酸 酪氨酸 赖氨酸
O
半胱氨酰甘氨酸 (Cys-Gly)
谷胱甘肽 GSH
甘氨酸
R
5-氧脯氨酸
肽酶 半胱氨酸
5-氧脯 氨酸酶
ATP ADP+Pi
γ-谷氨酰
谷氨酸
ADP+Pi
谷胱甘肽 合成酶
半胱氨酸 合成酶
ATP
ATP
γ-谷氨酰半胱氨酸
ADP+Pi
肽的吸收
利用肠粘膜细胞上的二肽或三肽的 转运体系
此种转运也是耗能的主动吸收过程 吸收作用在小肠近端较强
组胺 色胺 酪胺 尸胺
假神经递质(false neurotransmitter)
COOH
C H 2N H 2 CH2
C H 2N H 2 H C OH
COOH
C H 2N H 2 CH2
C H 2N H 2 H C OH
苯乙胺
苯乙醇胺
OH
CH 2 NH 2 CH 2
CH 2 NH 2 CHOH
酪胺
CH NH2
COOH
COOH
天冬氨酸
O H β-羟酪胺
CH 2 NH CH3
CHOH
HO
OH
多巴胺
HO OH
去甲肾上腺素
HO
OH
肾上腺素
• β-羟酪胺和苯乙醇胺结构类似儿茶酚胺，它们可 取代儿茶酚胺与脑细胞结合，但不能传递神经冲 动，使大脑发生异常抑制。
（二） 氨的生成
未被吸收的氨基酸 渗入肠道的尿素
肠道细菌 脱氨基作用
尿素酶
氨 (ammonia)
数量和种类。
3、蛋白质的互补作用 指营养价值较低的蛋白质混合食用，其
必需氨基酸可以互相补充而提高营养价值。
二、 食物蛋白质的消化
•蛋白质消化的生理意义
• 由大分子转变为小分子，便于吸收。 • 消除种属特异性和抗原性，防止过敏、
毒性反应。
蛋白质在胃和肠道被消化成氨基酸和寡肽
•消化过程-酶的帮助
•内肽酶(endopeptidase) 水解蛋白质肽链内部的一些肽键，如胰蛋
天冬氨酸
H
3. 转氨酶
谷丙转氨酶
谷丙转氨酶：谷氨酸+丙酮酸
α-酮戊二酸+丙氨酸
谷草转氨酶
谷草转氨酶：谷氨酸+草酰乙酸
α-酮戊二酸+天冬氨酸
正常人各组织GOT及GPT活性 (单位/克湿组织)
组织 GOT GPT
心
156000 7100
肝
142000 44000
骨骼肌 99000
肾
91000
4800 19000
CH NH2 COOH
瓜氨酸
瓜氨酸与天冬氨酸反应生成精氨酸代琥珀酸 反应在胞液中进行。
NH 2 CO
NH
+ (CH 2)3
CH NH 2
COOH
瓜氨酸
NH2
COOH
C N CH
COOH
NH
CH2
H 2N
CH CH2
精氨酸代琥珀酸合成酶
Mg2+
ATP
H2O AMP+PPi
(C H 2)3
COOH
草酰乙酸 苹果酸
延胡索酸
次黄嘌呤 核苷酸 (IMP)
腺嘌呤 核苷酸 (AMP)
NH3 腺苷酸 脱氨酶
H2O
（四）氨基酸通过氨基酸氧化酶脱去氨基及 其他非氧化脱氨基作用
二、氨的代谢
（一）氨的来源和去路 氨的来源
氨基酸脱氨基作用产生的氨是体内氨的 主要来源。
其它含氨物质的分解
胺氧化酶
RCH2NH2
RCHO + NH3
转氨基偶联氧化脱氨基作用
氨基酸
转氨酶
α-酮酸
α-酮戊二酸
谷氨酸
NH3+NADH+H+
L-谷氨酸脱氢酶
H2O+NAD+
此种方式既是氨基酸脱氨基的主要方式，也 是体内合成非必需氨基酸的主要方式。
主要在肝、肾和脑组织进行。
R
COOH -Leabharlann 戊二酸H2N C H COOH
氨基酸
R
CO COOH
酶原激活的意义
• 可保护胰组织免受蛋白酶的自身消化作用。 • 保证酶在其特定的部位和环境发挥催化作用。 • 酶原还可视为酶的贮存形式。
肠激酶 胰蛋白酶 缬天天天天赖异缬甘
组
46 丝
S
18
S
3
SS
缬天天天天赖
活性中心
缬
异甘组
丝
S
S
SS
胰蛋白酶原的激活过程
小肠粘膜细胞对蛋白质的消化作用
主要是寡肽酶(oligopeptidase)的作用，例如氨 基肽酶(aminopeptidase)及二肽酶(dipeptidase)等。
糖
代谢转变
其它含氮化合物 (嘌呤、嘧啶等)
胺类
第二节 氨基酸的一般代谢
一、氨基酸脱氨基
指氨基酸脱去氨基生成相应α-酮酸的过程。
脱氨基方式
转氨基作用 氧化脱氨基
转氨基和氧化脱氨基偶联 联合脱氨基 非氧化脱氨基 转氨基和嘌呤核苷酸循环偶联
（一）转氨基作用(transamination)
1. 定义
在转氨酶(transaminase)的作用下，某一氨 基酸去掉α-氨基生成相应的α-酮酸，而另一种α酮酸得到此氨基生成相应的氨基酸的过程。
ATP
ADP+Pi
肾小管泌氨
分泌的NH3在酸性条件下生成NH4+， 随尿排出。
（二）氨的转运 1、谷氨酰胺的运氨作用
反应过程
ATP 谷氨酰胺合成酶 ADP+Pi
谷氨酸 + NH3
谷氨酰胺酶
谷氨酰胺 + H2O
生理意义
谷氨酰胺是氨的解毒产物，也是氨的储 存及运输形式。
2、丙氨酸-葡萄糖循环
（三）蛋白质的营养价值
1、必需氨基酸(essential amino acid) 指体内需要而又不能自身合成，必须由食
物供给的氨基酸，共有8种：Val、Ile、Leu、 Thr、Met、Lys、Phe、Trp。 携带一本亮色书来
•其余12种氨基酸体内可以合成，称非必需氨基酸。
2、蛋白质的营养价值(nutrition value) 蛋白质的营养价值取决于必需氨基酸的
肠激酶
三、氨基酸的吸收
• 吸收部位：主要在小肠 • 吸收形式：氨基酸、寡肽、二肽 • 吸收机制：耗能的主动吸收过程
氨基酸吸收载体
载体蛋白与氨基酸、Na+组成三联体， 由 ATP 供 能 将 氨 基 酸 、 Na+ 转 入 细 胞 内 ， Na+再由钠泵排出细胞。
载体类型
中性氨基酸载体 碱性氨基酸载体 酸性氨基酸载体 亚氨基酸与甘氨酸载体
白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶。
•外肽酶(exopeptidase) 自肽链的末段开始每次水解一个氨基酸残
基，如羧基肽酶(A、B)、氨基肽酶。
二肽酶
氨基肽酶
内肽酶
羧基肽酶
氨基酸 + 蛋白水解酶作用示意图
二肽酶 氨基酸
1. 胃中消化
胃酸、胃蛋白酶
胃蛋白酶原
胃蛋白酶 + 多肽碎片
(pepsinogen)
γ -谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用
• 谷胱甘肽对氨基酸的转运 • 谷胱甘肽再合成
细胞外 细胞膜
细胞内
COOH
CHNH2 CH2 CH2 C NH
γ-谷氨酰 氨基酸
COOH CH
γ-谷氨 酰环化 转移酶
氨基酸 COOH
H 2N C H R
COOH
H 2N C H R
氨基酸
γ-谷 氨酰 基转 移酶
生理意义 肌肉中氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝。 肝为肌肉提供葡萄糖。
肌肉
肌肉 葡 蛋白质 萄
糖
氨基酸 NH3 谷氨酸
糖 酵 解 途 径
丙酮酸
丙 氨 α-酮戊 酸 二酸
血液
葡 萄 糖
丙 氨 酸
肝
葡萄糖 尿素
糖 异 生
丙酮酸
尿素循环
NH3 谷氨酸
丙氨酸 α-酮戊二酸
丙氨酸-葡萄糖循环
（三）尿素合成
组织 胰腺
脾 肺 血清
GOT 28000 14000 10000
20
GPT 2000 1200 700
16
• 血清转氨酶活性，临床上可作为疾病诊断和 预后的指标之一。
4. 转氨基作用的机制
• 转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛
氨基酸 α-酮酸
磷酸吡哆醛 转氨酶
磷酸吡哆胺
谷氨酸 α-酮戊二酸
5. 转氨基作用的生理意义
(pepsin)
2. 肠中消化
——小肠是蛋白质消化的主要部位。
胰酶是消化蛋白质的主要酶，最适pH 为7.0左右。
肠液中酶原的激活
胰蛋白酶原 糜蛋白酶原 羧基肽酶原 弹性蛋白酶原
胰蛋白酶 (trypsin)
肠激酶(enterokinase)和 食物中氨基酸 糜蛋白酶 羧基肽酶 弹性蛋白酶
(exopeptidase) (carboxypeptidase) (elastase)
氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ （N-乙酰谷氨酸，Mg2+） O
H2N C O ~ PO32- + 2ADP + Pi
氨基甲酰磷酸
氨基甲酰磷酸与鸟氨酸反应生成瓜氨酸
NH2 (C H 2)3 CH NH2 COOH
鸟氨酸
NH2
鸟氨酸氨基甲酰转移酶
+ CO
O
~PO
23
H3PO4
氨基甲酰磷酸
NH2 CO
NH (C H 2)3
尿素生成的过程由Hans Krebs 和Kurt Henseleit 提出，称为鸟氨酸循环(orinithine cycle)，又称尿素循环(urea cycle)或KrebsHenseleit循环。
1、尿素的合成过程
NH3、CO2和ATP缩合生成氨基甲酰磷酸 反应在线粒体中进行
CO2 + NH3 + H2O + 2ATP
第十章
蛋白质的分解代谢
第一节 概述
一、 食物蛋白质的营养作用
（一）维持细胞、组织的生长、更新和修补
（二）参与多种重要的生理活动
催化（酶）、免疫（抗原及抗体）、运 动（肌肉）、物质转运（载体）、凝血（凝 血系统）等。
（三）蛋白质可作为能源物质氧化供能
人体每日18%能量由蛋白质提供。
（一） 氮平衡(nitrogen balance)
肠道细菌腐败作用产生氨 蛋白质和氨基酸在肠道细菌作用下产生的氨 尿素经肠道细菌尿素酶水解产生的氨
肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷氨酰胺
谷氨酰胺酶 谷氨酰胺
H2O
谷氨酸 + NH3
氨的去路
在肝内合成尿素，这是最主要的去路； 合成非必需氨基酸及其它含氮化合物；
合成谷氨酰胺。
谷氨酸 + NH3
谷氨酰胺合成酶 谷氨酰胺